垃圾焚燒發(fā)電廠滲瀝液“變身”

■文 / 朱偉明 賈延明 趙偉濱 趙樹明 張偉

中國滲瀝液處理現(xiàn)狀

近年來，中國垃圾焚燒發(fā)電產(chǎn)業(yè)取得快速發(fā)展，截至2017年底，中國投入運行的生活垃圾焚燒發(fā)電項目共339個，總處理能力超過65萬噸/日，累積并網(wǎng)裝機約為7253兆瓦?！丁笆濉鄙鷳B(tài)環(huán)境保護規(guī)劃》（國發(fā)[2016]65號）提出：到2020年垃圾焚燒處理率達到40%。未來垃圾焚燒發(fā)電廠大規(guī)模建設(shè)仍將持續(xù)。與此同時，政府及社會公眾也開始聚焦垃圾焚燒發(fā)電廠的“三廢”治理?！按蜩F還需自身硬”，垃圾焚燒發(fā)電產(chǎn)業(yè)要實現(xiàn)健康、穩(wěn)步發(fā)展，必須不斷提升工藝、裝備、運行水平，節(jié)能減排，實現(xiàn)“藍色焚燒”。與煙氣、二惡英等熱門話題相比，公眾對滲瀝液的關(guān)注度還較低，但就環(huán)境風險而言絲毫不亞于前者，甚至有過之而無不及。

滲瀝液指垃圾在堆放和填埋過程中由于壓實、發(fā)酵等物理、生物及化學作用，同時在降水和其他外部來水的滲流作用下產(chǎn)生的廢水。中國生活垃圾具有含水率高，廚余垃圾含量高的特點，直接焚燒易造成焚燒爐爐況不穩(wěn)定，因此新鮮的生活垃圾在焚燒之前需在垃圾池內(nèi)進行5-7天的發(fā)酵，以瀝除水分、提高垃圾熱值，在此過程中會產(chǎn)生一部分呈黃褐色或灰褐色并帶有強烈惡臭氣味的滲瀝液。滲瀝液的產(chǎn)量隨季節(jié)波動較大，夏季豐水期可達30%-40%，冬季為10%左右，全年平均在20%左右。滲瀝液成分復雜，CODcr、BOD5、NH3-N濃度極高，處理難度大，表1為垃圾焚燒發(fā)電廠滲瀝液典型水質(zhì)。滲瀝液可使地面水體缺氧、水質(zhì)惡化、富營養(yǎng)化，威脅飲用水和工農(nóng)業(yè)用水水源，使地下水喪失利用價值，有機污染物進入食物鏈將直接威脅人類健康，因此垃圾焚燒發(fā)電廠的滲瀝液必須經(jīng)過凈化處理，實現(xiàn)“變身”，由污水變成可用的好水。

表1 垃圾焚燒發(fā)電廠滲瀝液典型水質(zhì)

滲瀝液處理技術(shù)路線可分為兩大類，合并處理和單獨處理。合并處理就是將滲瀝液直接引入城市污水處理廠進行處理或在垃圾焚燒發(fā)電廠內(nèi)進行必要的預處理后再引至城市污水處理廠處理。合并處理投資較低，可利用城市污水對滲瀝液進行稀釋，處理過程中還可補充滲瀝液中磷等營養(yǎng)物質(zhì)的不足。合并處理的缺點在于需要嚴格控制滲瀝液與城市污水的體積比，一般認為合并處理的安全范圍是滲瀝液的體積不超過城市污水體積的0.5%，污泥負荷不超過接受滲瀝液前的10%，否則會出現(xiàn)污泥膨脹等問題，影響污水處理正常運行。單獨處理就是在垃圾焚燒發(fā)電廠內(nèi)建設(shè)專門的滲瀝液處理系統(tǒng)?！渡罾盥駡鑫廴究刂茦藴省罚℅B 16889-2008）規(guī)定，自2011年7月1日起全部生活垃圾填埋場應(yīng)自行處理生活垃圾滲瀝液并執(zhí)行表2或表3規(guī)定的水污染排放質(zhì)量濃度限值?！渡罾贌廴究刂茦藴省罚℅B 18485-2014）中指出，滲瀝液應(yīng)在生活垃圾焚燒廠內(nèi)處理或送至填埋場處理設(shè)施處理，滿足GB 16889的要求后排放，只有滿足若干嚴格條件：例如，重金屬含量達到GB 16889中要求，污水處理廠應(yīng)設(shè)置滲濾液專用調(diào)節(jié)池，才能轉(zhuǎn)移到生活污水處理廠合并處理。盡管單獨處理投資較高，但隨著對中國國情和滲瀝液特點、性質(zhì)的深入了解，中國國內(nèi)大部分垃圾焚燒發(fā)電廠采用單獨處理的方式對滲瀝液進行處理，達到排放標準后，排入市政污水管網(wǎng)，至末端有二級生化處理的污水處理廠進一步處理。

由于滲瀝液成分復雜，污染物濃度高，采用單一工藝處理很難使出水達到排放標準，往往需要將多種工藝組合應(yīng)用。通過行業(yè)內(nèi)多年的實踐，中國的滲瀝液處理工藝越來越完善，逐步形成了“生化處理+膜深度處理”的技術(shù)路線。滲瀝液可生化性良好，主體工藝采用生化處理不僅運行穩(wěn)定，而且能夠顯著降低運行成本，生化處理可實現(xiàn)絕大部分有機污染物的降解，當前主流的生化處理工藝組合是厭氧+膜生物反應(yīng)器（MBR）。厭氧技術(shù)是在沒有氧氣的情況下，厭氧微生物把廢水中的有機物降解成簡單、穩(wěn)定的物質(zhì)，同時釋放出大量的沼氣。厭氧處理工藝包括上流式厭氧污泥床、厭氧生物濾池和消化池等技術(shù)。MBR的主要特點是能有效地降解污染物中的CODcr、BOD5和NH3-N，微生物菌體100%分離，出水中無菌體和懸浮物，剩余污泥量少，占地面積小，運行費用省。但僅通過MBR處理并不能使產(chǎn)水滿足排放標準，還需采用納濾、反滲透等膜技術(shù)進一步處理。一般來說，納濾膜可以將CODcr進一步降至300mg/L以下，反滲透可以確保出水CODcr在30mg/L以下，滿足GB16889-2008對于相關(guān)污染控制指標的要求。

近年來中國各地的垃圾焚燒發(fā)電廠都面臨選址難的問題，越建離市區(qū)越遠，有的垃圾焚燒發(fā)電廠甚至面臨周圍沒有市政污水處理管網(wǎng)的窘境，在這種情況下滲瀝液處理零排放成為了唯一的出路。

魯家山如何實現(xiàn)滲瀝液“零排放”？

首鋼環(huán)境產(chǎn)業(yè)有限公司下轄的魯家山生活垃圾焚燒發(fā)電廠是國內(nèi)第一家實現(xiàn)滲瀝液處理“零排放”的工廠，滲瀝液處理系統(tǒng)處理規(guī)模為900噸/日，產(chǎn)水全部回用于生產(chǎn)系統(tǒng)，水質(zhì)達到《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計規(guī)范》（GB50050-2017）、《城市污水再生利用 城市雜用水水質(zhì)》（GB/T18920-2002）中車輛沖洗以及《生活垃圾填埋場污染控制標準》（GB16889-2008）中相應(yīng)的最高標準，見表2。

表2 魯家山垃圾焚燒發(fā)電廠滲瀝液處理系統(tǒng)進出水水質(zhì)

滲瀝液經(jīng)調(diào)節(jié)池均質(zhì)均量后首先進入?yún)捬豕?，在厭氧微生物的作用下，水體中大部分的CODcr得到降解，轉(zhuǎn)化為沼氣。厭氧罐出水進入MBR系統(tǒng)，反硝化細菌將水體中的NO3-轉(zhuǎn)化為N2，硝化細菌將水體中的NH3-N轉(zhuǎn)化為NO3-，通過以上兩種微生物的新陳代謝，水體中絕大部分的NH3-N得到去除，同時CODcr又作為反硝化細菌的碳源，得到進一步的降解。MBR系統(tǒng)出水CODcr和NH3-N一般在500mg/L和10mg/L以下，剩余有機污染物以腐殖酸類物質(zhì)為主，通過生化方法已難以進一步去除。

滲瀝液經(jīng)超濾膜實現(xiàn)泥水分離后進入膜深度處理系統(tǒng)，通過納濾和反滲透的組合工藝，產(chǎn)生達標產(chǎn)水。納濾膜孔徑在1nm以上，能有效截留有機物等大分子物質(zhì)，同時允許一價鹽通過，而反滲透膜孔徑為0.1nm左右，理論上只有水分子能夠通過。

納濾和反滲透會產(chǎn)生一部分的濃縮液，相較于滲瀝液，濃縮液因富集大量難降解有機物、無機鹽類以及微量重金屬而更難處理、危害更大，濃縮液的處理是實現(xiàn)“零排放”的關(guān)鍵，甚至有學者認為如果濃縮液得不到有效處理，滲瀝液的處理就是不徹底的，所謂的“達標排放”也是沒有意義的。經(jīng)過近幾年的實踐，魯家山垃圾焚燒發(fā)電廠積累了濃縮液處理的“魯家山經(jīng)驗”：一是實現(xiàn)了國內(nèi)第一套也是唯一一套用于滲瀝液濃縮液處理的MVR裝置的連續(xù)穩(wěn)定運行，二是引進浸沒燃燒工藝，將沼氣作為燃料產(chǎn)生熱能從而蒸干濃縮液，實現(xiàn)“以廢治廢”，為這一行業(yè)難題提供了新的解決方案。

圖1 魯家山垃圾焚燒發(fā)電廠滲瀝液處理系統(tǒng)工藝流程圖

MVR是利用“降膜蒸發(fā)+閃蒸”的工藝，降膜蒸發(fā)是以汽輪機一抽蒸汽作為啟動熱源，濃縮液受熱后產(chǎn)生的蒸汽經(jīng)機械壓縮機壓縮，在降膜蒸發(fā)器內(nèi)不斷循環(huán)加熱濃縮液以達到進一步濃縮的目的。降膜蒸發(fā)器出水進入閃蒸罐后，由于閃蒸罐是負壓狀態(tài)，濃縮液快速汽化，當濃度達到一定程度后，輸送至離心脫水機進行固液分離，產(chǎn)生鹽泥。降膜蒸發(fā)器和閃蒸罐產(chǎn)生的蒸汽經(jīng)冷凝后回收，作為生產(chǎn)用水使用。

浸沒燃燒工藝以厭氧罐產(chǎn)生的沼氣作為燃料，在蒸發(fā)器內(nèi)沼氣與空氣按一定比例被送至緊靠濃縮液液面或浸沒在液面之下的燃燒室進行完全燃燒，然后將產(chǎn)生的高溫煙氣直接送入濃縮液中以加熱濃縮液，高溫煙氣進入液體后以大量小氣泡形式上升。由于是直接接觸式換熱，不存在換熱面結(jié)垢的問題，濃縮液被加熱至一定濃度后以殘渣或結(jié)晶形式排出，揮發(fā)性污染物在蒸發(fā)時借助局部高溫氧化同步去除，蒸汽經(jīng)噴淋式冷凝塔冷凝后直接作為循環(huán)冷卻水回收使用。

圖2 魯家山垃圾焚燒發(fā)電廠滲瀝液處理效果圖

滲瀝液經(jīng)過層層處理，最終轉(zhuǎn)化為清澈的產(chǎn)水，不但實現(xiàn)了無害化處理，而且產(chǎn)水大量地補充到生產(chǎn)水系統(tǒng)當中，這一點對地處山區(qū)、水資源匱乏的魯家山垃圾焚燒發(fā)電廠尤為重要，在夏季滲瀝液系統(tǒng)產(chǎn)水可占到全廠總用水量的1/3左右。

垃圾焚燒發(fā)電工藝經(jīng)過百余年的發(fā)展，早已不是“一燒了之”，相反對“三廢”治理的相關(guān)投入可能遠遠高于焚燒過程本身，滲瀝液處理就是一個典型的例子。隨著科技、裝備水平的提高，當前滲瀝液處理工藝流程與組合已經(jīng)基本規(guī)范化，在滿足國家環(huán)境標準要求的前提下，滲瀝液處理工藝的選擇已經(jīng)可以做到因地制宜。要真正將環(huán)保工作落到實處，在實際生產(chǎn)過程中還需要監(jiān)管部門與企業(yè)群策群力、各司其職，保證環(huán)保設(shè)施有效發(fā)揮作用。